半導體

台積電揭示2nm以下最新A16製程,結合超級電軌與奈米片電晶體架構



台積電日前舉行的北美技術論壇中,正式揭示六大創新技術問世。其中,最大亮點應該是台積電在2奈米製程技術之後,最先宣布的TSMC A16技術問世。
 

今年適逢台積電北美技術論壇舉辦30周年,回顧30年前出席該論壇的人數不到100位,2024年以將增加到已超過2,000人參加。北美技術論壇於美國加州聖塔克拉拉市舉行,為接下來幾個月陸續登場的全球技術論壇揭開序幕,這次技術論壇亦設置創新專區,展示新興客戶的技術成果。
 

台積電總裁魏哲家表示,身處AI賦能的世界,AI功能不僅建置於資料中心,而且也內建於PC、行動裝置、汽車、甚至物聯網之中。台積電為客戶提供最完備的技術,從全世界最先進的矽晶片,到最廣泛的先進封裝組合與3D IC平台,再到串 連數位世界與現實世界的特殊製程技術,以實現他們對AI的願景。
 

台積電舉辦2024年北美技術論壇,在會中揭示驅動AI領域的六大創新技術如下:
 

TSMC A16技術:

隨著3奈米(N3E)製程進入量產,2奈米(N2)製程預計2025年下半年量產,台積電正式宣佈技術藍圖上推出全新技術A16,結合奈米片電晶體和背面電軌(backside power rail)解決方案,大幅提升邏輯密度和效能,計劃在2026年正式量產。

 

相較於台積電的N2P製程,A16 在相同Vdd (工作電壓)下,速度增快8~10%; 在相同速度下,功耗降低15~20%,晶片密度提升高達1.10倍,以支援資料中心產品。
 

A16製程將結合超級電軌(Super Power Rail)架構與奈米片電晶體。所謂的超級電軌技術,是將供電網路移到晶圓背面,在晶圓正面釋出更多訊號網路的佈局空間,藉以提升邏輯密度和效能,讓A16適用於具有複雜訊號佈線及密集供電網路的HPC產品。
 

NanoFlexTM技術支援奈米片電晶體:

台積電即將推出的N2將搭配 TSMC NanoFlex技術,展現在設計技術協同優化的新突破。

 

TSMC NanoFlex為晶片設計人員提供了靈活的N2標準元件,這是晶片設計的基本構建模組,高度較低的元件能夠節省面積並擁有更高的功耗效率,而高度較高的元件則將效能最大化。客戶能夠在相 同的設計區塊中優化高低元件組合,調整設計進而在應用的功耗、效能及面積之間取得最佳平衡。
 

N4C技術:

台積電藉由這次的北美技術論壇,也宣佈推出先進的N4C技術,以因應更廣泛的應用。

 

延續了N4P技術,N4C晶粒成本降低高達8.5%,而且採用門檻更低,預計於2025年量產。N4C提供具有面積效益的基礎 矽智財及設計法則,皆與廣被採用的N4P完全相容,因此客戶可以輕鬆移轉到N4C,晶粒尺 寸縮小亦提高良率,為強調價值為主的產品提供了具有成本效益的選擇,以升級到台積公 司下一個先進技術。
 

CoWoS、系統整合晶片、系統級晶圓(TSMC-SoWTM):

台積公司的CoWoS是AI革命的關鍵推動技術,讓客戶能夠在單一中介層上並排放置更多的處理器核心及高頻寬記憶體HBM。

 

同時,系統整合晶片(SoIC)也成為3D晶片堆疊的領先解決方案, 客戶越來越趨向採用CoWoS搭配SoIC及其他元件的做法,以實現最終的系統級封裝SiP(System in Package, SiP)整合。
 

台積電也宣布系統級晶圓技術將提供一個革新的選項,讓12吋晶圓能夠容納大量的晶粒,提供更多的運算能力,大幅減少資料中心的使用空間,並將每瓦效能提升好幾個數量級。
 

目前,已經量產的首款SoW產品採用以邏輯晶片為主的整合型扇出(InFO)技術,而採用 CoWoS技術的晶片堆疊版本預計於2027年準備就緒,能夠整合SoIC、HBM及其他元件,提供強大且運算能力媲美資料中心伺服器機架或甚至整台伺服器的晶圓級系統。
 

矽光子整合:

台積電目前正在研發緊湊型通用光子引擎(COUPETM)技術,以支援AI引爆的數據傳輸爆炸性成長。

 

緊湊型通用光子引擎技術COUPE使用SoIC-X晶片堆疊技術將電子裸晶堆疊在光子裸晶之上,相較於傳統的堆疊方式,能夠為裸晶對裸晶介面提供最低的電阻和更高的能源效率。
 

台積電預計於2025年完成支援小型插拔式連接器的COUPE驗證,接著於2026年整合 CoWoS封裝成為共同封裝光學元件(Co-Packaged Optics, CPO),將光連結直接導入封裝中。
 

車用先進封裝:

繼2023年推出支援車用客戶及早採用的N3AE製程之後,台積電不斷藉由整合先進晶片與封裝來滿足車用客戶對更高運算能力需求,並且符合行車的安全與品質要求。目前公司正在研發InFO-oS及CoWoS-R解決方案,支援先進駕駛輔助系統ADAS、 車輛控制及中控電腦等應用,預計於2025年第四季完成AEC-Q100第二級驗證。


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